soutenance de thèse de Amine Sellam le 21 Décembre à 14h00

Thèse soutenue à l'Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés (IMPMC)

Salle de conférence (401)

Tour 23, couloir 22/23

4ème étage

Compétition entre onde de densité de charge et état métallique/supraconducteur dans des phases métastable TaS₂ et VS₂ synthétisées sous haute pression.

L’objectif de ma thèse est d’étudier la stabilité de phases onde de densité de charge (CDW) et supraconductrice en compétition dans deux dichalcogénures lamellaires de métaux de transition, TaS2 et VS2, ayant la même structure 1T (type CdI2) et la même configuration électronique d1. Rappelons que, dans cette structure, les ions soufre et métalliques forment chacun des réseaux bidimensionnels hexagonaux. Nous avons produit ces cristaux par une technique de synthèse sous haute pression et avons comparé nos résultats à ceux obtenus avec des cristaux produits à pression ambiante.
Dans le cas de 1T-TaS2, une étude par diffraction de rayons X synchrotron et de neutrons sur poudre montre qu’une synthèse à 400 °C faite entre 2 et 6 GPa conduit à une contraction de la maille dans les plans hexagonaux et à une dilatation dans la direction perpendiculaire. Ceci semble être dû à un désordre d’empilement des couches TaS2 qui seraient aléatoirement de type 1T ou 2H, ce qui correspond à une coordinance soit octaédrique, soit trigonal prismatique des ions Ta. Cette différence avec les phases pures 1T ou 2H obtenues à pression normale se retrouve dans les propriétés magnétiques et de transport. Le cristal synthétisé est en effet caractérisé par deux phases CDW, une non commensurable, (ICCDW) l’autre quasi-commensurable NCCDW), observées respectivement à température ambiante et à basse température, suivies, en dessous de Tc ~ 2.5 K, par une phase supraconductrice. Une telle séquence diffère notablement de celles trouvées dans les composés 1T ou 2H standard. Cette différence met en évidence la métastabilité du composé synthétisé sous haute pression. Afin d’étudier plus en détail les propriétés supraconductrices du cristal obtenu, nous avons réalisé d’autres synthèses dans les mêmes conditions mais en présence de carbone, avec des concentrations x = 0.05-0.3. Une augmentation notable de Tc a été observée avec un maximum de celui-ci à 4 K pour x=0.2. Si on admet que l’électronégativité similaire du soufre et du carbone empêche tout transfert de charge de ce dernier vers le cristal, ce résultat montre que la stabilisation de la phase supraconductrice est uniquement due à la séparation des plans et que l’effet du dopage, sujet à controverse dans la littérature, peut être exclu dans notre cas.
Cas de 1T-VS2. Ce cristal n’avait été précédemment produit que par élimination du Li de cristaux de LiVS2 par dé-intercalation Nous avons réussi la synthèse de la phase stoichiométrique de haute pureté sous forme de poudre en utilisant des conditions de haute pression (P = 4 GPa) et haute température (T = 700 °C). Ce résultat montre que 1T-VS2 n’est qu’une phase métastable à pression ordinaire mais qu’il est stable dans les conditions de synthèse utilisées puisque le cristal produit est bien cristallisé et ordonné. Ceci a permis un affinement structural de haute qualité entre 5 et 300 K par diffraction de rayons X synchrotron. Les données montrent que la structure est de type CdI2 à pression ambiante dans tout le domaine de température exploré. Cependant, une dilatation thermique négative de l’axe c est observée dans la région 50-150 K, corrélée à une augmentation anormale de la distance V-S Ces anomalies sont aussi accompagnées d’un crossover marqué du comportement magnétique; à haute température la constante de Weiss,  = – 41 K, révèle un échange antiférromagnétique. Celui-ci devient négligeable à basse température, alors que le moment localisé et le terme paramagnétique de Pauli restent inchangés. Ces divers résultats suggèrent un changement des propriétés de cohésion de l’orbitale hybride 3d(V)-3p(S). Ce crossover est aussi corrélé à un crossover des propriétés de transport électrique : la résistivité électrique dc montre un comportement métallique à haute température mais faiblement isolant au dessous de 200 K. Ce résultat contredit les résultats d’un calcul ab initio fait dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle densité qui prédit une phase métallique très stable dans ce domaine de température et de pression. Ce désaccord conduit à formuler l’hypothèse que l’interaction d’échange joue un rôle déterminant sur l’état fondamental.

devant le jury composé de :

-    Laurent CARIO (Rapporteur),
-    David LE BOLLOC`H (Rapporteur).
-    Edmondo GILIOLI (Examinateur)
-    Jérôme LESUEUR (Examinateur)
-    Massimiliano MARANGOLO (Examinateur)
-    Pierre TOULEMONDE (Examinateur)
-    Andrea GAUZZI (Directeur de Thèse).